LABORATORIO PRESIÓN DE VAPOR

8/16/2019 LABORATORIO PRESIÓN DE VAPOR

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

RESUMEN

En esta práctica se realizó la determinación de la presión de vapor del agua se requirió demateriales dados por el laboratorio.

Es así que se realizó el armado y posicionar todo los materiales en su lugar para que no

ocurra ningún accidente ya que se trabajará con fuego, una vez realizado el armado el

tubo de jebe que estaba unido al tapón del matraz se le hace un nudo en la parte del

medio para que no se mezcle el agua con el mercurio. uego se prende el mechero para

calentar el matraz hasta que el agua empiece a hervir.

!eniendo en cuenta que conforme aumentaba la temperatura en el tubo se comenzaba a

formar vapor de agua que aumentaba e l vo lumen e"per imenta l y por lo

tan to la pre sió n de vap or, disminuyendo así la presión parcial del aíre

manteniendo constante la presión total.Esto se ve cuando el mercurio empieza a deslizarse hacia arriba, esto provoca un

desnivel pero llegara a una má"ima elevación porque alcanza un valor tal que la rapidez

con la cual las mol#culas retornan del estado vapor al estado líquido, iguala la rapidez con

la cual aumenta la tensión de vapor, es así que se puede hallar la tensión de vapor que

corresponde a cada temperatura.

ABSTRACT$n practice the determination of the %ater vapor pressure %as required materials given by

the laboratory %as conducted.

!hus armed too& place and position all the materials in place so that no accident occurs

and that it %ill %or& %ith fire, once the armed done tube rubber that %as attached to the

cap of the flas& %as a &not in the middle part so that %ater can not mi" %ith mercury. !hen

turn on the burner to heat the flas& until the %ater starts to boil.

'onsidering that %ith increasing temperature in the tube is beginning to form %ater vapor

%hich increased the e"perimental volume and thus the vapor pressure, thereby decreasing

the partial pressure of air maintaining the total pressure constant.

!his is seen %hen the mercury begins to slide up%ards, but this causes a drop reached a

ma"imum lift that reaches a value such that the rate at %hich vapor molecules return to theliquid state, equals the rate at %hich increases the vapor pressure, so that you can find the

vapor pressure corresponding to each temperature.

LABORATORIO N°6 :PRESIÓN DE VAPOR SATURADO 1


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INTRODUCCIÓN

En el laboratorio anterior pudimos demostrar prácticamente como es que el cambio de

temperatura no influye en el calor que esta contenido dentro de un cuerpo, y

comprobamos que todos los cuerpos poseen la capacidad de retener calor por sus

propiedades t#rmicas internas. En el presente laboratorio analizaremos la relación que

e"iste entre el cambio de presión de un cuerpo (en este caso trabajaremos con el agua) y

la temperatura que este tenga, haciendo uso del mercurio que tiene la característica de

dilatarse de manera notoria teniendo en cuenta el vapor generado por el agua y vapor

condensado dentro del tubo en * invertido.

+ara poder entender muchos fenómenos que suceden en la vida diaria hay que conocer lo que es la +resión de apor.

!odo fluido esta constituido por mol#culas que están en constante movimiento al azar entodas las direcciones. Este movimiento errático, hace que se produzcan choques entre

ellas, de estos choques las mol#culas intercambian energía, algunas aceleran, mientras

otras se frenan.

En este constante choque e intercambio de energía, algunas mol#culas pueden alcanzar

tal velocidad, que si están cerca de la superficie pueden saltar del líquido al espacio

cerrado e"terior como gases.

- medida que más y más mol#culas pasan al estado de vapor, la presión dentro del

espacio cerrado sobre el líquido aumenta, este aumento no es indefinido, y hay un valor

de presión para el cual por cada mol#cula que logra escapar del líquido necesariamente

regresa una de las gaseosas a #l, por lo que se establece un equilibrio y la presión nosigue subiendo. Esta presión se conoce como +resión de apor aturad

a presión de vapor saturado depende de dos factores/

0. a naturaleza del líquido

1. a temperatura

-sí notaremos algunas características que se darán en e"perimento como/

El valor de la presión de vapor es independiente de las cantidades del líquido y vapor,

mientras haya presente cualquier superficie libre del líquido. Este valor depende en

realidad de la cantidad de mol#culas ganadas o perdidas por el líquido.

- mayor área e"puesta al vapor, mayor será la cantidad de mol#culas ganadas por el

líquido. -sí procederemos a mencionar los siguientes puntos del informe.



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1. FUNDAMENTO TEORICO

En esta sección estudiaremos un sistema de muchas partículas y consideraremos

la conducta promedio de sus constituyentes microscópicos. En particular, se

calculará la presión ejercida por el sistema de partículas en t#rminos de loschoques que e"perimentan las mol#culas del gas contra las paredes del

recipiente.

El objetivo del programa, es el de relacionar las variables presión, volumen y

temperatura, en un modelo de gas ideal bidimensional, así como la de conocer la

interpretación cin#tica de la presión y de la temperatura de un gas.

El gas ideal bidimensional está encerrado en un recipiente que dispone de un

#mbolo móvil, de modo que se puede aumentar o disminuir el volumen (área) del

gas. as mol#culas se colocan inicialmente en posiciones aleatorias, las

direcciones de sus velocidades tambi#n son aleatorias y sus magnitudes son

iguales y proporcionales a la raíz cuadrada de la temperatura. !enemos de este

modo un sistema de partículas en equilibrio a la temperatura T , que chocan

elásticamente entre sí y con las paredes del recipiente.

El programa calcula el cambio de momento lineal que e"perimentan las mol#culas

al chocar con el #mbolo y divide este cambio entre el tiempo. El cociente es una

medida de la fuerza que ejerce el #mbolo sobre las mol#culas del gas, o tambi#n

se puede interpretar como una medida de la presión del gas.

El programa interactivo, tambi#n nos permite observar el vector velocidadasociado a cada mol#cula y cómo dicho vector cambia de orientación pero no de

módulo cuando una mol#cula choca con la pared del recipiente, pero cambia de

módulo y dirección cuando se produce una colisión entre dos mol#culas.

emos que partiendo de una distribución inicial en el que las velocidades de las

mol#culas son iguales en módulo, al cabo de un cierto tiempo unas mol#culas

tienen mayor velocidad y otras mol#culas tienen menor velocidad. a distribución

de velocidades cuando se alcanza el equilibrio sigue la ley de distribución de

2a"%ell.

3escripción

El postulado básico de la teoría cin#tica de los gases es que las direcciones y las

magnitudes de las velocidades de las mol#culas están distribuidas al azar.

'uando nos referimos a las velocidades de las mol#culas, las medimos respecto

del centro de masas del sistema gaseoso, por tanto, la presión y la temperatura

del gas no se modifican si el recipiente que lo contiene está en movimiento.


http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/maxwell/maxwell.html#Distribuci%C3%B3n%20de%20las%20velocidades%20de%20las%20mol%C3%A9culashttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/maxwell/maxwell.html#Distribuci%C3%B3n%20de%20las%20velocidades%20de%20las%20mol%C3%A9culashttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/maxwell/maxwell.html#Distribuci%C3%B3n%20de%20las%20velocidades%20de%20las%20mol%C3%A9culashttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/maxwell/maxwell.html#Distribuci%C3%B3n%20de%20las%20velocidades%20de%20las%20mol%C3%A9culas


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i suponemos que las velocidades en el sentido positivo del eje 4 (o del eje 5 o 6)

son igualmente probables que en el sentido negativo, las velocidades medias a lo

largo de los ejes son cero, es decir.

===0.

+or otra parte, se cumplirá que las velocidades a lo largo del eje 4 no estarán

relacionadas con las velocidades a lo largo del eje 5 o 6, por tanto,

==.

'omo el cuadrado del módulo de la velocidad es v 2 = v 2 x +v 2 y +v

2 z resulta que

7 v 2 >=8< v 2 x >

La presión ejercida por e !as

upongamos que el gas está encerrado en un recipiente, tal como se muestra en

la figura. El recipiente dispone de un #mbolo móvil de área A. +ara mantener fijo el

#mbolo es necesario ejercer una fuerza F , normalmente a la superficie del #mbolo.

El valor de la fuerza F es igual al producto de la presión ejercida por el gas por el

área del #mbolo.

F=P.A

as mol#culas del gas chocan elásticamente con el #mbolo, de modo que la

componente 4 de la velocidad cambia de sentido. +or tanto, el cambio en el

momento lineal de cada mol#cula es

∆ p=1mv x



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i el número total de mol#culas que chocan con el #mbolo en el intervalo de

tiempo comprendido entre ∆ t y ∆ t 9 ∆ t es N x , la variación de momento lineal

será 1mv x N x .

+odemos calcular N x considerando que solamente la mitad de las mol#culas, enpromedio, tienen el sentido de la velocidad hacia la parte positiva del eje 4, es

decir, se dirigen hacia el #mbolo.

i suponemos que las mol#culas que chocan con el #mbolo tienen el mismo valor

de la componente 4 de la velocidad, cruzarán el área A en el tiempo ∆ t todas

las partículas contenidas en el volumen -v x ∆ t. i n es el número de partículas

por unidad de volumen N x valdrá entonces, n -v x ∆ t/ 1.

a variación de momento lineal ∆ p en el intervalo de tiempo comprendido entre

∆ t y ∆ t 9 ∆ t es mv x n -v x ∆ t.

a fuerza sobre el #mbolo es el cociente entre el cambio de momento lineal y el

tiempo que tarda en efectuarse dicho cambio.

y por tanto, la presión ejercida por el gas vale

P=n(mv 2 x )



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!odas las mol#culas no tienen el mismo valor v x de la velocidad, sino que la

distribución de velocidades es tal que su valor medio cuadrático es . +or

tanto, en la e"presión de la presión P, hemos de sustituir v 2 x por .

(0)

ya que =:8

El último t#rmino que aparece en la fórmula es el valor medio de la energía

cin#tica.

3efinición cin#tica de la temperatura

a temperatura de un sistema se define en !ermodinámica como una variable que

se mide por los cambios observados en las propiedades macroscópicas de la

materia cuando cambia la temperatura. a ecuación de estado de un gas ideal

relaciona las propiedades macroscópicas, presión P , el volumen V y

temperatura T .

PV=nRT

iendo n el número de moles.

El número n de mol#culas por unidad de volumen se obtiene dividiendo el número

total de mol#culas N entre el volumen del recipiente V .

donde N 0 el número de -vogadro

$ntroduciendo n en la e"presión de la presión del gas (0), obtenemos

(1)

'omparando esta ecuación con la de estado de un gas ideal, se llega a la

definición cin#tica de temperatura



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El cociente entre las dos constantes R y N 0 es otra constante que designamos

por k , la constante de ;oltzmann.

a temperatura absoluta definida, por ejemplo, para un termómetro de gas ideal es

una medida directa de la energía media de traslación de las mol#culas del gas.

(8)

a temperatura podría medirse en unidades de energía, el hecho de que se mida

en grados se debe a la definición tradicional de temperatura, que se estableció

antes de que se descubriese la relación antes mencionada.


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pero

o que implica/

Esta última fórmula se llama ley de las atmósferas.

+ara la presión se tiene

e define el valor promedio

Ej/

=

=Energía potencial gravitacional media/ .

La dis#ri&'ción de Bo#($ann

Esto es el número de mol#culas por unidad de volumen que tienen energía E. Es

válido tambi#n en 2ecánica 'uántica.

Ejercicio/

E"citación t#rmica en un átomo con dos niveles.

Dis#ri&'ción de )eocidades

En 0>?@ A.'. 2a"%ell descubrió la ley de distribución de velocidad de lasmol#culas de un gas.

ea Bv tal que el número de mol#culas del gas con módulo de la velocidad entre v

y v9dv es/

LABORATORIO N°6 :PRESIÓN DE VAPOR SATURADO !


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3e la ey de ;oltzmann, el número de mol#culas(por unidad de volumen) que

tiene energía (cin#tica), entre E y E9dE es/ C

Escribiendo la última e"presión en coordenadas esf#ricas para v y recordando que

hay B mol#culas de gas, lo que fija , se tiene la distribución de 2a"%ell/

Ejercicio/

=Encontrar la velocidad más probable. D/

=a rapidez promedio. D/

=a velocidad cuadrática media

Tra"ec#oria i&re $ediaas velocidades promedio de las mol#culas que calculamos más arriba son

grandes. Entonces por qu# los olores en una pieza demoran un tiemporelativamente largo en detectarse a razón es que las mol#culas chocan entre sí.

Bo se propagan en línea recta.

a distancia promedio recorrida por la mol#cula entre dos choques sucesivos se

llama recorrido libre medio l. +ara calcularlo imaginemos que las mol#culas tienen

diámetro d. e puede ver que dos mol#culas chocarán solamente si la distancia

entre sus centros es menor a 1d. En forma equivalente podemos pensar que el

choque ocurre entre una mol#cula de radio 1d y otra puntual.

'onsideremos el movimiento de la mol#cula más grande. u rapidez promedioes . En un tiempo t recorre una distancia .

3urante este tiempo chocará con un nFumero de mol#culas/

+or lo tanto la distancia entre choques sucesivos es/

LABORATORIO N°6 :PRESIÓN DE VAPOR SATURADO "


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=frecuencia de choque fG choques por unidad de tiempoG

=tiempo libre medioG

Hemos supuesto que las mol#culas que chocan con la grande son

estacionarias. i incluimos su movimiento se tiene/

*.METODOLO+,A

#$ EQUIPOS Y MATERIALES

U%# '( )( L(*&+,) -.#%)(/ U%# 0#.,,# )( #(.+/ D+' %#'/ M((.+ B%'(%/ U% 7#8.# +% % 8#9% &+.#)#)+/ U% 8&+ (% +.7# )( U %0(.8)+/ U% 8(.797(8.+/ U% 8&+ )( (%'#*+/ 1!;-/ )( M(..+/

M+%8#(.7(%8+/

&$ PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

LABORATORIO N°6 :PRESIÓN DE VAPOR SATURADO1;


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12/19


'omo + -G+;I + -G+; G +atm G [email protected]&+a gGJ.>m:s

1

K + - G + 9+ H1< 9 + Hg K +Hg G L Hg " H " g

K +atm G + 9+ H1< 9+ Hg K + G +atm M (L H1< " h 9 L Hg " H)g

hG altura de la columna de agua

HG altura de la columna de Hg

K- JNO'/ Reemplazando en:

PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0.019" m.

! = 0.1$"$ m. PV = 101.3×

103 – (9.8)×

[(0.019")×

(1000) (0.1$"$)×

(13"00)#

PV = 81%9%.&2 Pa.

LABORATORIO N°6 :PRESIÓN DE VAPOR SATURADO12

PUNTO B

PUNTO A


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' 93*: Reemplazando en:

PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0.022$ m.

! = 0.1"3% m. PV = 101.3×

103 – (9.8)×

[(0.022$)×

(1000) (0.1"3%)×

(13"00)#

PV = &9289.2Pa.


PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0+0.18 m.

! = 0.190%m. PV = 101+3

×

103 – (9+8)

×

[(0+018)

×

(1000) (0+190%)

×

(13"00)#

PV = &%&33.&".Pa.


PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0+018% m.

! = 0+21 m. PV = 101+3×

103 – (9+8)×

[(0+018%)×

(1000) (0+21)×

(13"00)#

PV = &3129.9Pa.


PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0+03 m.

! = 0+21" m. PV = 101+3×

103 – (9+8)×

[(0+03)×

(1000) (0+21")×

(13"00)#

PV = &221&.%2Pa.


PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0.03 m.



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! = 0.231 m. PV = 101+3×

103 – (9+8)×

[(0.03)×

(1000) (0.231)×

(13"00)#

PV = &0218.32Pa.


PV= (101.3×

103 Pa)– (9.8 m/s2)×

[h(m)×

(1000kg/m3) !(m)×

(13"00kg/m3)#

h = 0.03 m.

! = 0.2%1 m. PV = 101+3×

103 – (9+8)×

[(0.03)×

(1000) (0.2%1)×

(13"00)#

PV = "&%%2.&2Pa.

4/2C+% ,+' 0#,+.(' +&8(%)+' 8.#( %# .0# (% % ''8(7# )( ++.)(%#)#'.(8#%-,#.(' .(.('(%8#%)+ ,# .('9% (% (, (


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352 354 356 35! 36; 362 364 366 36! 3;;

1;;;;

2;;;;

3;;;;

4;;;;

5;;;;6;;;;

;;;;

!;;;;

";;;;

>$ 46/5 (> ;/;1 > $

TEMPERATURA(°K)

PRESION DE VAPOR (Pa)

P.8 !eóricamente se sabe que la presión y la temperatura en la e"periencia

realizada están relacionadas por una ecuación de la forma/

+ G +


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+ara los valores de ! cercanos de ebullición, eso es , entre 8P8R y 8S8R

apro"imadamente.'on los valores de +y ! obtenidos e"perimentalmente,

determina el valor de Q.

Esta ecuación de ajuste %/0 G P?S.Ne@.@0P" donde %/0 G +v (+a) y 0 G ! (R) se

obtuvo como consecuencia de conocer los valores de Q y +


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; ; ; ; ; ; ; ;11

11/;5

11/1

11/15

11/2

11/25

11/3

11/35

>$ 1!;"/5"> 16/2

Ln(Pv) VS 1 / T(K)

1/T(K)

Ln(Pv)

3el grafico,

comparamos con Ln/2 34 56T 9 Ln/2o y obtenemos/

85 3 819:;.< = 5 3 19:;.< =

Ln/2o 3 >1.:1? 2o 3 1:;:@;>*.*;

?. OBSERACIONES CONCLUSIONES



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?.1 OBSERACIONES

+ara obtener datos sin errores considerables es necesario la manguera que

está conectada a un tubo del matraz está cerrada totalmente, de esamanera se evita fugas considerables de vapor. in embargo las variacionesque puedan presentar nuestros resultados corresponden a que el materialusado para conectar al matraz con el tubo presentaba pequeCos espaciosvacíos donde podría haber escapado pequeCas cantidades de vapor.

i se continúa calentando el líquido, #ste absorbe el calor, pero sin

aumentar la temperatura/ el calor se emplea en la conversión de la materiaen estado líquido al estado gaseoso.

-l apagar el mechero, la tensión de vapor saturado disminuía y como la

presión e"terna era mayor, succionaba mercurio del tubo de ensayo yconforme el agua iba disminuyendo su temperatura, se incrementaba lacolumna de mercurio dentro del tubo en * invertido.

-l subir cierto volumen de mercurio por el tubo en *, el volumen del tubo de

ensayo fue disminuyendo por lo que se debe tener cuidado al acabarsepues el mercurio sube súbitamente hasta llegar al matraz.

?.> CONCLUSIONES

e establece un equilibrio dinámico, cuando el número de mol#culas que se

escapan del líquido sea igual (en valor medio) al número de mol#culas que

se incorporan al mismo. 3ecimos entonces, que tenemos vapor saturado ala temperatura ! y la presión parcial que ejercen las mol#culas de vapor aesta temperatura se denomina presión de vapor saturado +v.

a presión de vapor de una sustancia depende solamente de la

temperatura (siendo la relación una de forma e"ponencial) y no delvolumenT esto es, un recipiente que contiene líquido y vapor en equilibrio auna temperatura fija, la presión es independiente de las cantidades relativasde líquido y de vapor presentes.

+ara que los datos de la gráfica cumplan la ecuación de 'lasius='lapeyron,

es necesario que de cómo resultado, al graficar n +v vs 0:!, una rectadependiente negativa.

BIBLIO+RAF,A

LABORATORIO N°6 :PRESIÓN DE VAPOR SATURADO1!


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